文献解读 | 看空间质谱助力抑郁症高分文章

单胺氧化酶（monoamine oxidase, MAO）是人体内天然存在的一种酶，催化单胺类神经递质失活。单胺氧化酶抑制剂(Monoamine Oxidase Inhibitor,MAOI)是最早发现的抗抑郁剂。通过提高脑内单胺的细胞外水平发挥治疗作用，一度长期用于治疗帕金森病、重性抑郁症和焦虑症，但后来发现MAOI与多种药物合用都有潜在危险，甚至接受MAOI治疗的病人某些食物也不能食用，例如使用MAOIs的同时大量摄入酪胺可导致严重的高血压危象。但对于酪胺如何调控MAOIs的作用认知相对较少，这是本文的一个探讨问题。

与经典单胺相比，生物液中的微量胺TAs（例如酪胺）浓度较低。酪胺是酪氨酸脱羧产生的，主要与DA共定位于黑质纹状体神经元。酪胺可被两种MAO亚型（MAOA/B）降解，文献表明，MAOIs诱导酪胺的升高介导了严重的副作用。接受MAOIs治疗的患者在摄入富含酪胺的食物后，血压会升高，危及生命。具体来说，酪胺通过去甲肾上腺素（NE）转运体（NET）进入细胞，激动TAAR1，将NE置换出来，造成后者的释放，导致血压升高等外周效应。对于酪胺在脑内调控MAOIs作用的认识相对较少。TAARs是GPCRs（G蛋白偶联受体）一员，是微量胺（例如酪胺）的受体。有研究发现使用TAAR1选择性拮抗剂EPPTB后，小鼠神经元自发放电显著增加，这表明TAAR1对多巴胺和5 -羟色胺刺激的神经元的活性有抑制作用。因此，TAAR1敲除(KO)小鼠在暴露于精神兴奋剂后表现出行为超敏，并且投射区域(如纹状体和皮层)的细胞外单胺水平更明显地增加。相反，TAAR1的激动剂刺激会削弱精神兴奋剂的作用。上述观察结果支持了TAAR1可以作为治疗抑郁症(拮抗剂)或精神障碍(激动剂)的新药物类别的潜在靶点。尽管上述观察支持酪胺和TAAR1s的生理、病因和治疗意义，但理论知识仍然有限。先前的研究考察了在酪胺的合成和代谢未被直接干扰的情况下TAAR1的作用。在此，我们决定研究酪胺和TAAR1在酪胺水平因MAO抑制而升高的情况下的作用。

本文利用质谱成像技术对MAO抑制后的WT和TAAR1-KO小鼠纹状体中的酪胺以及其他单胺和代谢产物进行了可视化和定量。小鼠的MAO抑制剂选用了抗抑郁药tranylcypromine (TCP)（一种非选择性和不可逆的MAOI）。通过实验，探索了酪胺和TAAR1在TCP 治疗中的作用。

TAAR1-KO动物对MAO抑制剂表现出增加的抗抑郁和运动反应

有文献报道，非选择性MAOIs在强迫游泳试验中有抗抑郁作用。TCP在WT小鼠的有效抗抑郁剂量为4 mg/kg。为了能够检测到TAAR1-KO小鼠的任何增强反应，我们使用了次有效剂量3 mg/kg。双向方差分析显示，TCP对强迫游泳测试静止时间有显著影响(图1A, B)。事后分析显示，只有TAAR1-KO小鼠有显著的治疗效果。此外，我们测量了小鼠静止时间的差异，发现TAAR1-KO小鼠比WT小鼠表现出明显更大的差异(图1C)。

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图1

慢性非选择性MAOA/B不可逆治疗时，TAAR1-KO小鼠纹状体中酪氨酸水平明显增强

我们使用最近开发的MALDI-MSI方法定量WT和TAAR1-KO小鼠TCP后的酪氨酸、单胺及其代谢产物。为了避免MAO抑制后单胺类代谢产物可能出现波动，我们长期给药TCP(图2A)。为了确保TCP具有药理活性，我们在2周后测量了运动反应(图2A)。此外，为了阐明黑质纹状体系统在调节TCP诱导的单胺(尤其是酪氨酸)变化中的作用，我们在实验第15天的纹状体内注射了6-OHDA(图2A)。双向方差分析表明，在连续2周的每日TCP处理后，在露天试验的第一个小时记录基因型和治疗因素的显著影响(图2B)。事后分析表明，TAAR1-KO小鼠比WT小鼠敏感程度更高(图2B)。位于MAOA/B降解步骤上游或下游的代谢物分别大幅增加或减少，而其余代谢物保持不变(图2D)。为了将这些不同的代谢物分类，我们进行了分层聚类，并确定了三个不同的聚类(图2G)。仔细观察确定的不同峰值，酪胺与基因型变化相关(图2H)。我们通过MSI验证了酪胺峰的真实性。三向RM方差分析显示酪胺峰受基因型和治疗因素的显著影响(图2H)。与WT小鼠相比，TCA处理的TAAR1-KO小鼠双半球的酪氨酸含量显著升高(图2H)。而酪胺受病变影响明显(图2H)，说明代谢物主要由DA终末产生。与WT和TAAR1-KO动物之间的酪氨酸高度显著差异相比，我们在主要单胺神经递质(DA、5-HT和NE)和二胺方面没有观察到任何显著差异(图2I)。与WT小鼠相比，TCP给药后TAAR1-KO小鼠的组胺、6-羟褪黑素和牛磺酸水平发生了改变。总之，TCP增强了酪胺水平。

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图2

TCP导致纹状体Arc基因表达增强，尤其使TAAR1-KO小鼠Arc基因显著增强

TCP可显著上调纹状体Arc，这在TAAR1-KO小鼠中比WT小鼠更为显著(图3A)。野生型小鼠的Arc显著上调，6-OHDA损伤侧的Arc显著降低(图3A)。纹状体投射神经元主要有两种亚型，D1中型多棘神经元表达Pdyn, D2中型多棘神经元表达Penk。TCP处理后纹状体 Pdyn在TAAR1-KO小鼠中显著上调，而在WT小鼠中未上调(图3B)。通过相关矩阵，我们观察到完整纹状体和损伤纹状体的Arc水平与酪胺变化的相关性最高(图3H)。综上所述，在TCP处理下观察到的Arc的增加似乎主要归因于纹状体酪胺含量的增加。

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图3

MAO抑制通过TAAR1调节DA神经元突触前谷氨酸释放

TAAR1-KO小鼠系具有b-半乳糖苷酶报告基因。我们决定使用X-gal染色，结合免疫荧光技术来识别具有活性TAAR1启动子的细胞。我们接下来证实TAAR1位于SNc和VTA神经元的酪氨酸羟化酶（TH）中（图4A，B）。此外，我们还首次描述了TAAR1在非DA细胞中的表达,如终纹内侧床核, 下丘脑外侧区, 不定带，臂旁背外侧核 (图4A, B)。这些区域向SNc和VTA的DA神经元发出强烈的投射。因此，我们假设TAAR1可能调控DA细胞突触前谷氨酸驱动 (图4C)。事后分析显示，TCP在WT中显著下调谷氨酸释放，而在TAAR1-KO小鼠中无此作用。双向RM方差分析显示，应用TAAR1拮抗剂EPPTB消除了TCP在WT小鼠中的作用(图4E)。酪胺显著降低了WT中谷氨酸的释放，但TAAR1-KO小鼠中没有(图4F)。为了研究TAAR1是否能阻断TCP干预后的谷氨酸释放，我们对自由活动的小鼠急性全身注射10 mg/kg TCP后，同时进行中脑腹侧谷氨酸记录和开阔区域活动(图5A-D)。双向RM方差分析显示，在90和140分钟的露天活动和谷氨酸释放中，基因型和治疗因子存在显著的交互作用(图5E-I)。事后测试显示，TAAR1-KO小鼠在TCP干预后谷氨酸释放和运动活动均显著增加，但WT小鼠没有(图5E-I)。综上所述，除了酪胺/TAAR1直接作用于DA神经元外，我们提供了证据表明，TAAR1参与了MAO抑制后酪胺介导的谷氨酸促进的负反馈机制。

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图4

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图5

我就知道你“在看”